新疆昭蘇煤田切特木斯井田主采煤層煤質特征分析

尚海軍　戚樹林（新疆地質勘查基金項目管理中心　烏魯木齊　830002　山東省第一地質礦產勘查院　濟南　250014）

新疆昭蘇煤田切特木斯井田主采煤層煤質特征分析

尚海軍①戚樹林②
（①新疆地質勘查基金項目管理中心烏魯木齊830002②山東省第一地質礦產勘查院濟南250014）

新疆昭蘇煤田切特木斯井田含煤地層為侏羅系西山窯組（J2x），煤系平均總厚約386.48m，全區查明資源量8 709萬噸。本文通過對切特木斯井田煤層煤質數據的分析，總結了本區侏羅系西山窯組（J2x）主采煤層的煤質特征及變化規律，對其工業用途進行了簡要評述，探討了煤炭綜合利用及深加工的思路，為煤炭資源開發利用提供參考。

切特木斯煤質特征工業用途

1　勘查區概況

切特木斯井田位于新疆維吾爾自治區昭蘇縣東北約30km處，行政區劃隸屬昭蘇縣烏宗布拉克鄉，南距特克斯-昭蘇公路10km，有簡易公路相通，交通條件便利。井田內西北部地表起伏不平，東南部較平坦，多被第四系覆蓋，總體地勢北高南低，屬低-中山地貌。

井田含煤地層為侏羅系西山窯組（J2x），煤系平均總厚約386.48m。共含煤7層，自上而下編號為1～7號煤層，各煤層層位穩定，幾乎沒有分岔現象（圖1）。其中3號、5號煤層是本區主要可采煤層，分別占可采煤層總厚的25.2%、15.9%。全井田共查明資源量8 709萬噸，主要可采煤層查明資源量4 342萬噸。

2　煤的物理性質及煤巖特征

2.1煤的物理性質

本井田各可采煤層的煤粉顏色肉眼觀察多為灰黑、黑褐色等，瀝青光澤，條痕為褐黑色，斷口參差狀、貝殼狀，節理不發育，煤的真相對密度（TRD）在1.51～1.66 t/m3，視相對密度（ARD）為1.28～1.39 t/m3。

2.2煤巖特征

2.2.1宏觀煤巖特征

圖1　西山窯組煤層編號示意圖

本區煤層宏觀煤巖特征：煤巖組分以暗煤為主，絲炭次之，局部夾鏡煤條帶；煤巖類型以半暗煤、暗煤為主；煤巖結構構造為細中條帶狀結構、均一結構，水平層理，塊狀構造。

2.2.2微觀煤巖特征

井田內各煤層顯微組分組平均總量很高（表1），為81.40%～88.70%。含礦物基以粘土類為主，次為硫化物和碳酸鹽類。去礦物基中的鏡質組含量較高，為5.70%～66.70%，惰質組為32.90%～89.20%，殼質組為0.30%～0.70%。

表1　各煤層顯微煤巖特征一覽表

3　煤質特征

3.1工業分析

3.1.1水分（Mad）

各煤層煤的原煤分析基水分（Mad）在2.90%～14.36%之間，平均值為6.87%～8.14%。各煤層浮煤水分在4.38%～9.99%之間，平均值為6.23%～7.05%。煤系剖面由下而上，原煤水分有明顯增高的趨勢。

3.1.2灰分（Ad）

3號煤層原煤灰分含量為8.57%～38.54%，平均17.84%，屬中灰煤（MA）；平面分布上，3號煤層在ZK303鉆孔為特低灰煤，由東北往西南灰分逐漸增高，呈現特低灰煤-低灰煤-中灰煤-高灰煤的增長趨勢。

5號煤層原煤灰分含量為7.57%～29.41%，平均20.33%，屬中灰煤（MA）；平面分布上，5號煤層在ZK1601鉆孔為特低灰煤，由東北往西南灰分逐漸增高，呈現特低灰煤-低灰煤-中灰煤-中高灰煤的增長趨勢。

各煤層原煤經1.4密度液洗選后，浮煤灰分大幅度降低，綜合平均值為6.01%～7.20%，脫灰率為31%～50%。

3.1.3揮發分（Vdaf）

1、2、3、4、5、6號煤層原煤干燥無灰基揮發分產率平均變化于32.34%～36.88%之間，按《煤的揮發分產率分級標準》（MT/T849-2000），屬中高揮發分煤（MHV）。

3.2元素分析

煤的可燃質由多種碳、氫化合物和其它有機物組成。其主要化學元素為碳、氫、氧、氮、硫。

碳（Cdaf）：碳是煤中主要的可燃元素。3號煤層碳浮煤含量在76.14%～81.78%之間，平均79.60%；5號煤層碳浮煤含量在77.30%～79.79%之間，平均78.13%。

氫（Hdaf）：3號煤層氫浮煤含量在3.43%～4.39%之間，平均3.78%；5號煤層氫浮煤含量在4.34%～5.22%之間，平均4.73%。

氮（Ndaf）：3號煤層氮浮煤含量在0.78%～1.10%之間，平均0.85%；5號煤層氮浮煤含量在0.78%～1.04%之間，平均0.85%。

氧（Odaf+Sdaf）：3號煤層氧浮煤含量在13.93%～18.65%之間，平均15.78%；5號煤層氧浮煤含量在14.82%～17.05%之間，平均16.28%。

3.3煤中有害元素

3.3.1全硫（St，d）和各種形態硫（Ss，d、Sp，d、So，d）

3號煤層全硫含量為0.21%～1.46%，平均0.55%，屬低硫煤（LS）。3號煤層在ZK1202鉆孔硫分最高，ZK601、ZK303鉆孔硫分最小，整體大致呈由西南往東北逐次降低之趨勢。

5號煤層全硫含量為0.18%～1.24%，平均0.59%，屬低硫煤（LS）。5號煤層在ZK001鉆孔硫分最高，ZK601、ZK303鉆孔硫分最小，整體大致呈由東北往西南方向逐次降低之趨勢。

煤中硫分由硫酸鹽硫（Ss，d）、硫化鐵硫（Sp，d）和有機硫（So，d）組成，其中以硫化鐵硫和有機硫為主，綜合平均值分別為0.11%～0.35%和0.24%～0.51%，其次為硫酸鹽硫，綜合平均值為0.003%～0.01%。

3.3.2磷分（Pd）

3號煤層原煤磷分含量為0.002%～0.028%，平均0.008%，屬特低磷煤（SLP）。5號煤層原煤磷分含量為0.002%～0.012%，平均0.006%，屬特低磷煤（SLP）。

3.3.3氯（Cld）

3號煤層原煤氯含量為0.018%～0.074%，平均0.043%，屬特低氯煤（SLC1）。5號煤層原煤氯含量為0.022%～0.082%，平均 0.045%，屬特低氯煤（SLC1）。作為動力及液化用煤不會腐蝕鍋爐、高壓容器及管道。

3.3.4砷（As，ad）

3號煤層砷綜合平均值為4.23 μg/g，5號煤層砷綜合平均值為4.33 μg/g，屬二級含砷煤（ⅡAs）。符合釀造和食品加工業要求煤中砷含量不得超過8 μg/g的質量要求。

3.3.5氟（Fad）

煤燃燒時氟幾乎全部轉化為揮發性化合物排放到大氣中，然后固定在土壤或流水中，生長在高氟土壤中的植物則會通過根部吸收氟化物，人或牲畜則會食用高氟食物或飲用高氟水而中毒。各煤層中的氟平均含量在54～63 μg/g之間，按《煤中氟含量分級》（MT/T966-2005），屬特低氟煤（SLF）。

各煤層一般煤質特征在垂向上的變化見圖2。

4　煤的工藝性能

4.1發熱量（Qgr，d）

圖2　各煤層主要煤質指標垂向變化示意圖

3號煤層原煤干燥基高位發熱量（Qgr，d）變化于17.81～27.49mJ/kg之間，平均24.36mJ/kg，屬中熱值煤（MQ）。

5號煤層原煤干燥基高位發熱量（Qgr，d）變化于17.02～27.46mJ/kg之間，平均23.72mJ/kg，屬中熱值煤（MQ）。

4.2粘結性

各煤層煤的粘結性指數（GR.I）測定為0，焦渣特征為2。表明本區為不粘結煤。

4.3低溫干餾（Tar，d）

焦油產率（Tar，d）：1號煤層焦油產率在3.60%～12.00%之間，平均值為7.13%，屬富油煤。2號煤層、3號煤層、4號煤層、5號煤層、6號煤層焦油產率在1.00%～14.60%之間，綜合平均值為2.74%～5.99%，屬含油煤。

4.4煤灰成分與煤灰熔融性特征

4.4.1煤灰成分

各煤層煤灰成分特點是碳酸鹽類及粘土類含量高，其次為硫化物類。堿性氧化物Fe2O3+CaO+MgO 為8.56%～51.54%，Fe2O3和CaO綜合平均值分別為7.67%～12.34%和4.48%～12.65%。MgO含量綜合平均值為2.20%～5.64%。酸性氧化物SiO2+Al2O3為 41.17%～85.17%，SO3綜合平均值為3.56%～8.90%。酸性氧化物TiO2綜合平均含量為0.72%～0.87%。

4.4.2煤灰熔融性

煤灰熔融性是動力用煤的主要指標，是固態排渣爐主要設計參數，也是判斷灰分結渣的重要數據之一。

3號煤層煤灰熔融性軟化溫度ST為1180～1360℃，平均1 253℃，屬中等軟化溫度灰（RMST）。5號煤層煤灰熔融性軟化溫度ST為1 270～1 320℃，平均1295℃，屬中等軟化溫度灰（MST）。

3號、5號煤層煤灰熔融性平均流動溫度FT為1 307～1 380℃，屬中等流動溫度灰（MFT）。

4.5煤的氣化指標

4.5.1煤的抗碎強度（SS）

各煤層自由落下大于25mm粒級：3號煤層變化于26.30%～67.60%之間，平均為50.80%，屬中強度煤；5號煤層變化于29.10%～49.90%之間，平均為39.50%，屬低強度煤。

4.5.2煤的熱穩定性（TS）

將粒度6～13mm干燥煤樣在850℃電爐中加熱30min，取出冷卻后測得大于6mm殘焦占各級殘焦重量（TS+6）3號煤層為30.8%～52.4%，平均43.07%，屬較低熱穩定性煤（RLTS）；5號煤層為26.3%～50.5%，平均38.80%，屬低熱穩定性煤（LTS）。

4.5.3煤灰結渣性（Clin）

本次工作采取2號煤層煤灰結渣性試驗樣1個，3號煤層煤灰結渣性試驗樣2個，5號煤層煤灰結渣性試驗樣2個，6號煤層煤灰結渣性試驗樣1個（表2）。根據測試成果表明，各煤層結渣率（Clin）大多小于5%，屬難結渣煤。

表2　煤灰結渣性試驗成果表

4.6煤的可磨性（HGI）

煤的哈氏可磨性指數是評價粉煤鍋爐用煤成粉難易程度的重要參數。該指標與煤的細度、水分和粒度等相關。1、2、4、5、6號煤層哈氏可磨性指數綜合平均值在87.67～97.0之間，按《煤的哈氏可磨性指數分級標準》（MT/T852-2000），屬易磨煤（EG）。3號煤層哈氏可磨性指數綜合平均值為108，屬極易磨煤（UEG）。

4.7腐植酸（HA，d）

2號煤層腐植酸含量為11.2%，3、5號煤層腐植酸含量為7.2%～37.5%，平均9.10%～18.03%，屬低腐植酸煤。

4.8透光率（PM）

透光率（PM）為確定煙煤或褐煤的分類指標。測試表明，本區各煤層透光率在90%～100%之間，透光率高，為煙煤類。

5　煤炭分類

按《中國煤炭分類國家標準》（GB5751-86）劃分，以表示煤化程度的干燥無灰基揮發分（Vdaf%）產率和粘結指數（GR.I）為主要分類指標，膠質層厚度（Ymm）、透光率（PM）為輔助指標，本區煤類劃分結果為：各煤層均以不粘煤（31BN）為主。另有少量鉆孔為長焰煤（CY41）及不粘煤（21BN），多呈孤立點分布。

3號煤層以不粘煤（31BN）為主。ZK1601鉆孔、TC4探槽為長焰煤（CY41），均呈孤立點分布。

5號煤層以不粘煤（31BN）為主。ZK003、ZK601、ZK603、ZK801、ZK1201鉆孔及TC4槽探為長焰煤（CY41），呈孤立點分布。

6　結論

通過以上分析，本區各煤層水分含量較低，屬低灰-中灰、中高-高揮發分、特低-低硫、中-高熱值、中等軟化溫度灰、易磨-極易磨、含油-富油煤，本區各煤層的揮發分、發熱量、灰分、硫分、水分、煤灰熔融性軟化溫度、煤的哈氏可磨性等指標均符合火力發電廠固態排渣煤粉鍋爐用煤質量（GB/T7562-1998）要求。各煤層灰分、揮發分、硫分和發熱量均符合水泥回轉窯用煤質量（GB/T7563-2000）要求。本區煤炭為良好的動力燃料用煤、氣化用煤和制備煤漿用煤等。

［1］溫廷中，顏玉坤，高艷.袁店井田煤質特征及工業用途評述［J］.煤質技術，2008，（3）：22-24.

收稿：2016-03-15

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.019